In 2020 maakte een team onder leiding van astronomen van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) melding van een zwart gat in het stersysteem HR 6819. Met een afstand van slechts duizend lichtjaar zou dit het meest nabije zwarte gat zijn. Hun ontdekking werd echter betwist door andere onderzoekers, onder meer door een internationaal team van de KU Leuven in België. In een vandaag gepubliceerd artikel komen de beide teams nu gezamenlijk tot de conclusie dat HR 6819 geen zwart gat bevat: het is een dubbelster die zich in een zeldzame en kortstondige evolutiefase bevindt. Het oorspronkelijke onderzoeksartikel over HR 6819 kreeg veel aandacht van zowel de pers als wetenschappers.
De Chileense ESO-astronoom Thomas Rivinius, hoofdauteur van het artikel, was niet verbaasd over de reactie van de astronomische gemeenschap op hun ontdekking van het zwarte gat. ‘Het is niet alleen normaal, maar ook nodig dat resultaten kritisch worden bekeken’, zegt hij, ‘zeker als een resultaat de krantenkoppen haalt.’ Rivinius en zijn collega’s waren ervan overtuigd dat de beste verklaring voor de gegevens die ze met de 2,2-meter MPG/ESO-telescoop hadden verkregen, was dat HR 6819 een drievoudig stersysteem is, bestaande uit een ster die in veertig dagen om een zwart gat draait en een tweede ster in een veel ruimere omloopbaan daaromheen. Maar onderzoek onder leiding van Julia Bodensteiner, destijds doctoraalstudent aan de KU Leuven, stelde op basis van dezelfde gegevens een andere verklaring voor: HR 6819 zou ook een systeem zónder zwart gat kunnen zijn, bestaande uit slechts twee sterren die in veertig dagen om elkaar draaien. Dit alternatieve scenario zou vereisen dat een van de sterren ‘ontmanteld’ is, wat betekent dat hij in het recente verleden een groot deel van zijn massa aan de andere ster is kwijtgeraakt.
‘We hadden de grens van de bestaande gegevens bereikt, dus moesten we een andere waarnemingsstrategie toepassen om een keuze te kunnen maken tussen de twee scenario’s die door de beide teams waren voorgesteld,’ zegt KU Leuven-onderzoeker Abigail Frost, die de leiding had over het nieuwe onderzoek, waarvan de resultaten vandaag in Astronomy & Astrophysics zijn gepubliceerd. Om het mysterie op te lossen, werkten de twee teams samen om nieuwe, scherpere gegevens van HR 6819 te verkrijgen met behulp van ESO’s Very Large Telescope (VLT) en Very Large Telescope Interferometer (VLTI). ‘De VLTI was de enige faciliteit die ons de gegevens kon geven die we nodig hadden om onderscheid te kunnen maken tussen de twee verklaringen,’ zegt Dietrich Baade, auteur van zowel het oorspronkelijke HR 6819-artikel als het nieuwe Astronomy & Astrophysics-artikel. Aangezien het geen zin had tweemaal om dezelfde waarneming te vragen, sloegen de beide teams hun handen ineen, zodat zij hun middelen en kennis konden bundelen om de ware aard van dit systeem te achterhalen.
‘De scenario’s waarnaar we op zoek waren, waren vrij duidelijk, zeer verschillend en met het juiste instrument gemakkelijk van elkaar te onderscheiden,’ vertelt Rivinius, ‘We waren het erover eens dat het systeem twee lichtbronnen bevat, dus de vraag was of ze dicht om elkaar heen draaien, zoals in het scenario met de ontmantelde ster, of ver van elkaar verwijderd zijn, zoals in het scenario met het zwarte gat.’ Om onderscheid te kunnen maken tussen de beide voorstellen, gebruikten de astronomen zowel het GRAVITY-instrument van de VLTI als het Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE)-instrument vanESO’s VLT. ‘MUSE bevestigde dat er geen heldere begeleider in een wijdere omloopbaan te vinden is, terwijl de hoge ruimtelijke resolutie van GRAVITY in staat was om twee heldere bronnen te onderscheiden die slechts een derde van de afstand zon-aarde van elkaar verwijderd zijn,’ zegt Frost. ‘Deze gegevens bleken het laatste stukje van de puzzel te zijn, en brachten ons tot de conclusie dat HR 6819 een dubbelster is zonder zwart gat.’
‘Voor zover we nu weten, hebben we hier te maken met een stersysteem waarin de ene ster de atmosfeer van zijn metgezel heeft ‘weggezogen’. Dit is een veel voorkomend verschijnsel in compacte dubbelsterren, dat ook wel ‘stellair vampirisme’ wordt genoemd,’ aldus medeauteur Bodensteiner, die inmiddels bij ESO in Duitsland werkt. ‘Terwijl de donorster een deel van zijn materiaal kwijtraakte, is de ontvangende ster sneller gaan draaien.’ ‘De kans dat je getuige bent van de nasleep van zo’n interactie is extreem klein, omdat deze zo kort duurt,’ voegt Frost toe. ‘Dat maakt onze conclusies over HR 6819 ook zo interessant: het is een perfecte kandidaat om te onderzoeken hoe dit vampirisme de evolutie van zware sterren, en daarmee gepaard gaande verschijnselen zoals zwaartekrachtgolven en hevige supernova-explosies, beïnvloedt.’
Het nieuwe gezamenlijke Leuven-ESO-team is nu van plan om HR 6819 van dichterbij te volgen met behulp van het GRAVITY-instrument van de VLTI. De onderzoekers zullen het stersysteem gezamenlijk onderzoeken om de evolutie ervan beter te leren begrijpen, en die kennis gebruiken om meer te weten te komen over andere dubbelstersystemen. Wat de zoektocht naar zwarte gaten betreft, blijft het team optimistisch. ‘Zwarte gaten van stellaire massa blijven door hun aard erg ongrijpbaar,’ zegt Rivinius. ‘Maar ruwe schattingen wijzen erop dat er alleen al in ons Melkwegstelsel tientallen tot honderden miljoenen zwarte gaten moeten zijn,’ voegt Baade daaraan toe. Het is slechts een kwestie van tijd voordat astronomen ze ontdekken.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘HR 6819 is a binary system with no black hole: Revisiting the source with infrared interferometry and optical integral field spectroscopy’ (DOI: 10.1051/0004-6361/202143004) dat in Astronomy & Astrophysics verschijnt.
Het is gefinancierd door de Europese onderzoeksraad (ERC), in het kader van het onderzoek- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie (grant agreement number 772225: MULTIPLES; PI: Hugues Sana).
Het onderzoeksteam bestaat uit A.J.Frost (Instituut voor Sterrenkunde, KU Leuven [KU Leuven]), J. Bodensteiner (Europese Zuidelijke Sterrenwacht, Garching, Duitsland [ESO]), Th. Rivinius (Europese Zuidelijke Sterrenwacht, Santiago, Chili [ESO Chile]), D. Baade (ESO), A. Mérand (ESO), F. Selman (ESO Chile), M. Abdul-Masih (ESO Chile), G. Banyard (KU Leuven), E. Bordier (KU Leuven, ESO Chile), K. Dsilva (KU Leuven), C. Hawcroft (KU Leuven), L. Mahy (Koninklijke Sterrenwacht van België, Brussel), M. Reggiani (KU Leuven), T. Shenar (Anton Pannekoek Instituut, Universiteit van Amsterdam), M. Cabezas (Astronomical Institute, Academy of Sciences of the Czech Republic, Praag, Tsjechië[ASCR]), P. Hadrava (ASCR), M. Heida (ESO), R. Klement (The CHARA Array of Georgia State University, Mount Wilson Observatory, Mount Wilson, VS) en H. Sana (KU Leuven).
De Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) stelt wetenschappers van over de hele wereld in staat om de geheimen van het heelal te ontdekken, ten bate van iedereen. Wij ontwerpen, bouwen en exploiteren observatoria van wereldklasse die door astronomen worden gebruikt om spannende vragen te beantwoorden en de fascinatie voor astronomie te verspreiden, en bevorderen internationale samenwerking op het gebied van de astronomie. ESO, in 1962 opgericht als intergouvernementele organisatie, wordt inmiddels gedragen door 16 lidstaten (België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland) en door het gastland Chili, met Australië als strategische partner. Het hoofdkwartier van de ESO en haar bezoekerscentrum en planetarium, de ESO Supernova, zijn gevestigd nabij München in Duitsland, maar onze telescopen staan opgesteld in de Chileense Atacama-woestijn – een prachtige plek met unieke omstandigheden voor het doen van hemelwaarnemingen. ESO exploiteert drie waarnemingslocaties: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope en Very Large Telescope Interferometer, evenals twee surveytelescopen: VISTA voor infrarood en de VST voor zichtbaar licht. Op Paranal zal de ESO ook de Cherenkov Telescope Array South huisvesten en exploiteren – ’s werelds grootste en gevoeligste observatorium van gammastraling. Samen met internationale partners beheert ESO APEX en ALMA op Chajnantor, twee faciliteiten die de hemel waarnemen in het millimeter- en submillimetergebied. Op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwen wij ‘het grootste oog ter wereld’ – ESO’s Extremely Large Telescope. Vanuit onze kantoren in Santiago, Chili, ondersteunen wij onze activiteiten in het gastland en werken wij samen met Chileense partners en de Chileense samenleving.
Bron: ESO
